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本文综述生物聚合物基复合包装在果蔬保鲜中的应用，分析多糖、蛋白质等单一生物聚合物的局限，阐述复合包装及活性剂的作用，为可持续保鲜提供参考（如可食用涂层 (edible coating, EC)、可食用薄膜 (edible film, EF)）。
摘要
随着市场对生物基、环保食品包装材料的需求日益增长，天然动植物源生物聚合物被用于开发可食用涂层（edible coating, EC）和薄膜（edible film, EF），以延长果蔬保鲜期。这类包装具有良好的阻隔性、机械性能等，但单一的多糖、蛋白质、脂质 / 蜡基涂层和薄膜存在不足。复合包装能克服这些缺陷，展现更优异的性能。本文探讨其在果蔬保鲜中的作用与应用，分析单一生物聚合物的局限性，以及活性剂的影响，认为其是绿色可持续的保鲜方法。
1. 引言
如今，人们愈发关注食品包装中可生物降解、无毒的天然材料，以保障食品安全与质量。动植物源生物聚合物（如多糖、蛋白质、脂质 / 蜡及其复合物）在开发果蔬保鲜用可食用包装方面备受关注。
塑料包装占全球化石燃料消耗的约 7%，产生约 7160 万吨固体废物，且 90% 以上源于化石原料，其生产消耗 7-8% 的石油，预计 2050 年将增至 20%。1964 至 2018 年，塑料产量从 15 百万吨增至 359 百万吨，未来 20 年或翻倍。尽管塑料因成本低、耐用等优势广泛应用，但会导致 landfill 增加和温室气体排放等环境问题。
为解决环境与食品安全问题，可再生、环保的包装材料需求上升。生物塑料（如聚乳酸 (PLA)、聚羟基烷酸酯 (PHA)）及动植物源生物聚合物可替代非生物降解塑料。
动植物源生物聚合物（如淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白质等）安全无毒、环保，在商业领域用途广泛。近十年，消费者对可食用包装的认知提升，其能延长果蔬货架期、保持采后特性，但单一生物聚合物基包装存在生物聚合物类型与浓度、水和气体传输性差、商业可行性及法规缺失等挑战。
生物聚合物基复合材料能改善这些性能，适合延长果蔬货架期，且可持续，可减少环境退化风险。2021 年全球生物聚合物市场规模为 137 亿美元，预计 2023 年达 352.3 亿美元，年复合增长率 11.07%；2022 年生物塑料与生物聚合物联合市场规模 115 亿美元，2027 年预计达 273 亿美元，年复合增长率 18.9%；2020 年生物塑料复合市场规模 273 亿美元，2030 年预计达 739 亿美元，年复合增长率 10.5%。
生物聚合物基复合涂层和薄膜有助于减少采后损失，助力实现可持续发展目标（2023 年议程 12.3），还能延缓重量损失、呼吸速率等。目前针对单一生物聚合物包装缺点的复合包装研究较少，本文聚焦复合包装的优势及单一生物聚合物的优缺点。
2. 食品损失
全球约 1/3（13 亿吨）的食物因处理、管理不当及缺乏储存设施而浪费，价值约 9900 亿美元。其中，园艺产品采后损失占 45%，海鲜 35%，谷物 30%。
2.1. 采后损失
采后损失（postharvest losses, PHL）是全球问题，尤其在发展中国家。中国因社会意识不足、技术限制等，果蔬采后损失严重，影响粮食安全、经济和环境。美国采后损失每天人均排放 1.4 kg CO2，占个人饮食碳足迹的 28%。全球果蔬采后损失约占总产量的 30-50%，温度管理不善、机械损伤等是主要原因。已有多种采后管理技术被开发以减少损失。
3. 可食用包装
近几十年，可食用包装（涂层和薄膜）因其生物降解性、生物相容性和无毒性等，应用超过合成包装。其由天然动植物源生物聚合物制成，EC 直接涂于果蔬表面，EF 作为包装材料。2000-2021 年，食品可食用包装研究增长 9 倍。
EC 通过浸渍、喷涂等方式施用，EF 通过实验室流延等方法制备。可食用包装能防止微生物污染，但机械和阻隔性能不及合成包装，添加活性剂（如精油、植物提取物等）可改善其性能。
可食用薄膜的机械性能（如断裂伸长率、拉伸强度等）和溶胀性能很重要。机械性能受生物聚合物类型等影响，可通过添加增塑剂等改善；溶胀性能可通过选择亲水性生物聚合物等优化，利于活性成分释放。
可食用涂层和薄膜需无毒、可消化等，且接触角低于 90°，但也存在涂层过厚导致异味、引发无氧呼吸等缺点。
3.1. 生物聚合物类型
可食用涂层和薄膜分为多糖基、蛋白质基、脂质 / 蜡基及复合包装。动植物源生物聚合物（如多糖、蛋白质、脂质 / 蜡）用于制备可食用包装，安全且可作为活性剂载体。
添加天然着色剂和甜味剂可提升健康特性，但可能促进微生物生长。这些生物聚合物在多个领域有广泛应用。
3.1.1. 多糖
淀粉、纤维素等多糖生物聚合物可生物降解，能延缓氧化和水分流失，还可作为药物和活性剂载体，与多种物质相容性好。但多糖基包装化学和热稳定性差，水阻隔性弱、易开裂等，添加增塑剂等可改善，部分多糖还可能促进微生物繁殖。
3.1.2. 蛋白质
动植物源蛋白质（如酪蛋白、乳清蛋白等）成本效益高、安全环保，其基包装机械性能优于多糖，但机械强度低、水蒸气渗透性高于合成聚合物，且因亲水性导致气体阻隔性不足。可通过添加交联剂等改善，在食品包装中有多种潜在应用。
3.1.3. 脂质 / 蜡
天然脂质和蜡（如巴西棕榈蜡、蜂蜡等）因疏水性被用于果蔬保鲜涂层，可替代石油基蜡，改善包装阻隔性，减少水分和氧化。但石油基蜡因环境和安全问题被多数国家禁止用于食品。
蜡用于食品保鲜有悠久历史，现代 edible coating 和薄膜在多个领域商业应用广泛。印度允许蜂蜡等用于果蔬涂层。脂质基涂层成本较低，但单一使用也存在缺点。
4. 复合包装及其在果蔬保鲜中的应用
为克服单一生物聚合物的缺陷，复合包装是果蔬保鲜的最佳选择。复合包装由两种或多种生物聚合物及活性剂等通过非共价 / 共价键等相互作用形成，能延缓活性剂迁移，具有更优异的性能。
已有研究表明，复合包装可改善热稳定性、机械强度等。例如，壳聚糖：普鲁兰复合膜添加石榴皮提取物后性能提升，且该复合涂层能延长多种果蔬货架期。多种复合包装的制备和应用被研究，其性能受多种因素影响。
表面润湿性影响涂层的附着性等，受聚合物类型等因素影响，优化涂层配方可改善其在果蔬表面的铺展性。
经济高效的复合膜也被开发，如添加羧甲基纤维素纳米颗粒的西米淀粉复合膜。纳米复合材料能增强抗菌等性能，符合欧盟法规对活性包装的要求。
可食用复合涂层和薄膜使用的生物聚合物无毒、可食用，获监管机构认可，且来源天然、易于消化。
5. 复合涂层对果蔬的影响
二元和三元复合涂层（如多糖 - 多糖、多糖 - 蛋白质等）因优异性能，能延长果蔬货架期，减少重量损失、呼吸速率等，保持采后特性。
多项研究显示，不同复合涂层能有效延长多种果蔬的保鲜期，维持其品质。
6. 活性剂和成分在复合涂层和薄膜中的作用
添加天然活性剂（如植物提取物、精油等）可显著改善复合基质的多种性能，利于人体健康和环保，还能增强抗菌、抗氧化等特性，改善食品品质。
植物提取物中的酚类物质具有抗菌性，多种天然物质可作为活性剂添加到生物聚合物基膜中，改善其性能，延长食品货架期。
7. 结论与未来展望
本综述探讨了复合生物聚合物在可食用涂层中延长果蔬货架期的作用。果蔬的生理特性要求可食用涂层结合多种聚合物以实现所需性能。
复合生物聚合物的使用既环保，又能减少对合成和塑料包装的依赖，本文强调了最新复合生物聚合物的应用及单一生物聚合物的挑战，还总结了活性剂的影响。
研究表明，多种复合涂层和薄膜能有效延长果蔬货架期，壳聚糖是与其他基质相容性较好的多糖。复合包装的性能取决于多种因素。
未来需更多关于纳米技术和数学建模的研究，且生物聚合物的选择需考虑果蔬类型等，复合涂层概念有助于实现可持续发展目标 - 12（议程 12.3）。
CRediT authorship contribution statement
Jaishankar Prasad：写作 - 评审与编辑、写作 - 原始草案、调查、形式分析。
Nishant Kumar：写作 - 评审与编辑、写作 - 原始草案、可视化、验证、监督、软件、方法、调查、形式分析、概念化。
Pratibha：写作 - 评审与编辑、写作 - 原始草案、可视化、验证、方法、调查、形式分析、概念化。
Rushali Jaiswal：写作 - 评审与编辑。
Ajay Yadav：写作 - 评审与编辑。
Sujata P. Sharma：写作 - 评审与编辑。
Olaniyi A. Fawole：写作 - 评审与编辑、可视化、验证。
Nutan Kaushik：写作 - 评审与编辑、可视化。
Ethical statement
本综述的撰写未伤害任何动物。
Uncited References
（略）
CRediT authorship contribution statement
（与前文重复，略）
